Унікальний випадок потрійного симбіозу вірус допомагає бактерії захищати попелицю від ворогів • Олександр
Небезпечними ворогами попелиць є вершники, личинки яких розвиваються в тілі попелиці, пожираючи її зсередини. «Захисна» симбіотична бактерія Hamiltonella defensa, що живе в клітинах деяких попелиць, виробляє токсини, смертельні для личинок вершників. Американські ентомологи експериментально показали, що ефективний захист попелиць від наїзників забезпечують не будь-які бактеріїH. defensa, а лише заражені вірусом-бактеріофагом APSE. Гени токсичних білків, необхідні знищення личинок наїзника, перебувають у геномі вірусу, а чи не бактерії. Це один із перших описаних випадків, коли мутуалістичні (взаємовигідні) відносини двох організмів (в даному випадку — попелиці та бактерії) забезпечуються завдяки вірусу, який виступає в ролі необхідного третього компонента симбіотичної системи.
Багато комах буквально нашпиговані різними симбіотичних мікробів. Симбіонти допомагають своїм господарям вирішувати багато життєвих завдань: від синтезу незамінних амінокислот та вітамінів до перетравлення хімічно чистої целюлози, фіксації атмосферного азоту та боротьби з бур'янами на грибних плантаціях (див. посилання внизу).
Раніше було помічено, що різновиди (штами) гамільтонели розрізняються за своїми захисними властивостями: одні забезпечують надійний захист горохової попелиці (Acyrthosiphon pisum) від вершникаAphidius ervi, вбиваючи до 80-90% личинок паразита, тоді як інші захищають господаря набагато гірше чи не захищають зовсім. Крім того, виявилося, що захисні властивості гамільтонели корелюють із зараженістю бактерії вірусом-бактеріофагом, який отримав назву APSE (A. pisumsecondary endosymbiont). Відомо кілька різновидів цьоговірусу, причому в геном кожного різновиду містяться гени білків, токсичних для тварин. Було висловлено припущення, що саме ці токсини, закодовані у вірусному геномі, використовуються симбіотичним комплексом «тля-бактерія» для боротьби із загальним ворогом – личинками вершника. Це припущення побічно підтвердилося під час порівняння захисних властивостей трьох штамів гамільтонели, два з яких мають у своєму геномі вбудований геном різновиду вірусу APSE-3, а третій не заражений вірусом. Виявилося, що перші два штами забезпечують дуже високий рівень захисту попелиці від наїзника, а третій не має цієї властивості.
Цих даних, однак, було недостатньо для того, щоб вважати роль вірусу APSE у захисті попелиці від довіреної наїзника. Справа в тому, що в даному симбіотичному комплексі беруть участь троє - попелиця, бактерія та вірус; у кожного з трьох компонентів є свій власний геном, причому кожен із трьох геномів існує у вигляді безлічі варіацій. Тому, наприклад, якщо комплекс "тля + бактерія + вірус" захищений від паразитів, а комплекс "тля + бактерія" - ні, то причиною може бути не тільки присутність або відсутність вірусу, а й генетичні відмінності між штамами (лініями, клонами) бактерій та попелиці. У принципі наявність вірусу в геномі тих штамів бактерії, які захищають попелицю від наїзників, може виявитися випадковим збігом.
Щоб суворо довести роль вірусу у взаємовигідному співробітництві бактерії та попелиці, потрібно було отримати генетично чисті лінії попелиць та бактерій, що відрізняються лише наявністю чи відсутністю у бактеріальному геномі вбудованого фага APSE.
Це дозволило вченим вивести три лінії генетично ідентичних попелиць: 1) з гамільтонеллою, зараженою вірусом APSE-3; 2) з такою ж гамільтонеллою, але без вірусу; 3) безгамільтонелі. Цих попелиць віддавали «на поталу» наїзникамAphidius ervi,які відкладали в них свої яйця. Потім вчені підраховували в кожній з трьох ліній відсоток виїжджих личинок наїзника (який дорівнює відсотку загиблих попелиць, тому що в кожну попелицю наїзник відкладає одне яйце, після чого вижити може тільки хтось один: або попелиця, або личинка наїзника).
У першій із трьох ліній личинки наїзника зуміли занапастити лише близько 6% попелиць, у другій та третій — близько 80%. Ці результати доводять, що вірус APSE дійсно необхідний захисту попелиці від наїзника.
Дослідження ще раз показало, що за допомогою вірусів бактерії можуть дуже швидко набувати нових корисних для себе властивостей. Це може мати екологічні наслідки, що далеко йдуть, особливо якщо бактерія залучена в тісні мутуалістичні або антагоністичні взаємини з іншими організмами. Не виключено, що та разюча швидкість, з якою комахи пристосовуються до нових умов (наприклад, до нових кормових рослин) або виробляють стійкість до отрути, частково пояснюється діяльністю фагів, які проводять різноманітні генно-інженерні експерименти на бактеріях - симбіонтах комах.
Джерело:Керрі М. Олівер, Патрік Х. Дегнан, Марта С. Хунтер, Нансі А. Моран. Bacteriophages Encode Factors Потрібно для захисту в Symbiotic Mutualism //Science. 2009. V. 325. P. 992-994.